Grade 11
  1. Mecânica  1.1. dinâmicas  1.1.1. Movimento em uma dimensão  1.1.2. Movimento em duas e três dimensões  1.1.3. Deslocamento e Distância  1.1.4. Velocidade e Rapidez  1.1.5. Aceleração e desaceleração  1.1.6. Análise gráfica do movimento  1.1.7. Equações do movimento (derivações avançadas)  1.1.8. Queda livre e velocidade terminal  1.1.9. Movimento de projéteis  1.1.10. Velocidade relativa em uma e duas dimensões  1.1.11. Movimento de um carro em um plano inclinado  1.2. Dinâmica  1.2.1. As leis do movimento de Newton e suas aplicações  1.2.2. Inércia e a primeira lei de Newton  1.2.3. Força e tipos de força  1.2.4. Atrito estático e cinético  1.2.5. Movimento circular e aceleração centrípeta  1.2.6. Movimento circular não uniforme  1.2.7. Bancagem de estradas e curvas  1.2.8. Momento e Impulso  1.2.9. Conservação do momento em uma e duas dimensões  1.2.10. Aplicações da Terceira Lei de Newton  1.3. Work, Energy and Power  1.3.1. Trabalho realizado por uma força constante e variável  1.3.2. Teorema trabalho-energia  1.3.3. Energia cinética e potencial  1.3.4. Energia potencial gravitacional e elástica  1.3.5. Conservação da energia mecânica  1.3.6. Poder e potência instantânea  1.3.7. Eficiência das máquinas  1.3.8. Trabalho realizado por forças conservativas e não conservativas  1.4. Movimento rotacional  1.4.1. Torque e aceleração angular  1.4.2. Equilíbrio rotacional  1.4.3. Momento de inércia e suas aplicações  1.4.4. Momento angular e sua conservação  1.4.5. Energia cinética de movimento de rotação e rotação  1.4.6. Teorema dos Eixos Paralelos e Perpendiculares  1.4.7. Dinâmica do movimento rotacional
  2. Gravitational force  2.1. Gravitação universal  2.1.1. Lei da gravitação universal de Newton  2.1.2. Campo gravitacional e potencial  2.1.3. Mudança na aceleração devido à gravidade  2.1.4. Leis do movimento planetário de Kepler  2.1.5. Mecânica orbital e satélites  2.1.6. Velocidade de escape e velocidade orbital  2.1.7. Ausência de peso e queda livre  2.1.8. Energia potencial gravitacional e energia em órbitas  2.1.9. Buracos negros e lente gravitacional
  3. Propriedades da matéria  3.1. Mecânica dos fluidos  3.1.1. Densidade e pressão em líquidos  3.1.2. A teoria de Pascal e aplicações  3.1.3. O Princípio de Arquimedes e a flutuação  3.1.4. A equação de Bernoulli e aplicações  3.1.5. Equação de continuidade e o efeito Venturi  3.1.6. Tensão superficial e capilaridade  3.1.7. Viscosidade e Lei de Poiseuille  3.1.8. Número de Reynolds e turbulência  3.2. Elasticidade e deformação  3.2.1. Lei de Hooke e a relação tensão-deformação  3.2.2. Módulo de elasticidade e aplicações  3.2.3. Deformação e limite de escoamento de sólidos
  4. Física térmica  4.1. Calor e temperatura  4.1.1. Propriedades termométricas e escala de temperatura  4.1.2. Expansão térmica de sólidos, líquidos e gases  4.1.3. Sistema de transferência de calor  4.1.4. Capacidade calorífica específica e calorimetria  4.1.5. Calor latente e mudança de fase  4.2. Kinetic theory of gases  4.2.1. Modelo molecular dos gases  4.2.2. Explicação cinética da temperatura  4.2.3. Equação do Gás Ideal e Desvios  4.2.4. Caminho livre médio e distribuição de Maxwell-Boltzmann  4.3. Leis da Termodinâmica  4.3.1. Lei Zero e Equilíbrio Térmico  4.3.2. Primeira Lei e Energia Interna  4.3.3. A Segunda Lei e Entropia  4.3.4. Ciclo de Carnot e motores térmicos  4.3.5. Refrigeradores e Bombas de Calor
  5. Ondas e oscilações  5.1. Movimento Harmônico Simples  5.1.1. Equações do MHS  5.1.2. Energia no MHS  5.1.3. Oscilações amortecidas e forçadas  5.1.4. Ressonância e aplicações  5.1.5. Pêndulo e sistema massa-mola  5.2. Movimento ondulatório  5.2.1. Tipos de ondas mecânicas  5.2.2. Movimento das ondas e transporte de energia  5.2.3. Princípio da Superposição e Ondas Estacionárias  5.2.4. Reflexão, Refração e Difração  5.2.5. Efeito Doppler em som e luz  5.2.6. Pulsos e interferência
  6. Eletricidade e Magnetismo  6.1. Eletrostática  6.1.1. Carga elétrica e conservação  6.1.2. A lei de Coulomb e suas aplicações  6.1.3. Campo elétrico e fluxo elétrico  6.1.4. Potencial elétrico e energia potencial  6.1.5. Capacitance and Energy Stored in a Capacitor  6.2. Eletricidade Atual  6.2.1. Lei de Ohm e resistência elétrica  6.2.2. Resistência e dependência de temperatura  6.2.3. Leis de Kirchhoff e Análise de Circuitos  6.2.4. Potência elétrica e eficiência  6.2.5. Combinação de resistores  6.3. Magnetismo e Eletromagnetismo  6.3.1. Campos magnéticos e suas fontes  6.3.2. Força magnética em cargas em movimento  6.3.3. Indução eletromagnética  6.3.4. Leis de Faraday e Lenz  6.3.5. Indutância e Transformador  6.3.6. Corrente alternada e suas aplicações
  7. Óptica  7.1. Reflexão e Refração  7.1.1. leis da reflexão e refração  7.1.2. Espelhos e lentes  7.1.3. Reflexão interna total e fibra óptica  7.2. Óptica de ondas  7.2.1. Interferência e Difração  7.2.2. Experimento da dupla fenda de Young  7.2.3. Polarização da luz
  8. Física Moderna  8.1.1. Efeito fotoelétrico e a teoria de Einstein  8.1.2. Dualidade onda-partícula  8.1.3. Princípio da Incerteza de Heisenberg  8.1.4. Compton Effect  8.2. Física Atômica e Nuclear  8.2.1. Modelo atômico e níveis de energia  8.2.2. Decaimento radioativo e meia-vida  8.2.3. Fissão Nuclear e Fusão
  9. Eletrônica e Comunicação  9.1. Semicondutores  9.1.1. junção pn e diodo  9.1.2. Transistores e Portas Lógicas  9.1.3. Circuitos Integrados e Aplicações  9.2. Sistemas de Comunicação  9.2.1. Noções básicas de Comunicação Analógica e Digital  9.2.2. Comunicação Sem Fio e Óptica  9.2.3. Modulação e Demodulação

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A Segunda Lei e Entropia


A segunda lei da termodinâmica e o conceito de entropia são ideias fundamentais na física térmica que investigam a direção da transferência de energia e a eficiência de transformação no nosso universo. Essas ideias nos ajudam a entender por que alguns processos ocorrem naturalmente enquanto outros não, o que, por sua vez, define as regras seguidas pelos sistemas energéticos.

Entendendo a Segunda Lei da Termodinâmica

A segunda lei da termodinâmica pode ser expressa de várias maneiras, mas a lei mais simples é: "A energia tende a se dispersar espontaneamente de forma concentrada se não for impedida de fazê-lo." Em outras palavras, a energia tende a se difundir, fluindo de áreas de alta concentração para áreas de baixa concentração, até que esteja uniformemente distribuída.

Exemplo da Segunda Lei

Considere uma xícara de café quente deixada em uma sala. Com o tempo, a energia térmica do café será transferida para o ar mais frio da sala até que alcancem o equilíbrio térmico. Este processo é irreversível, o que mostra que a energia se dissipa e é consistente com a segunda lei da termodinâmica.

Café Quente Sala Fria Fluxo de calor

Reversibilidade e irreversibilidade

Processos na natureza seguem a lei do aumento da entropia, devido à qual todos os processos reais são irreversíveis. Um processo é reversível apenas se ele puder retornar tanto o sistema quanto o ambiente ao estado original. Na verdade, nenhum processo completamente reversível existe.

Processos reversíveis: um conceito idealizado

Imagine um pêndulo sem atrito balançando para frente e para trás continuamente sem perder energia. Este é um processo reversível ideal, que nunca acontece na prática devido a perdas de energia, como resistência do ar e atrito interno.

Processos irreversíveis: o mundo real

Se prendermos o mesmo pêndulo a uma roda de bicicleta, ele gradualmente parará devido ao atrito. Este é um processo irreversível e reflete perfeitamente a segunda lei da termodinâmica, onde alguma energia sempre é convertida em calor, aumentando a entropia do sistema.

colisão

Entropia: uma medida de desordem

Entropia é uma propriedade que mede a quantidade de desordem ou aleatoriedade em um sistema. Ela fornece uma descrição estatística do comportamento termodinâmico através do grau de desordem.

Fórmula da entropia

ΔS = Q/T

onde ΔS é a mudança na entropia, Q é o calor adicionado ao sistema e T é a temperatura em Kelvin. À medida que a entropia aumenta, a desordem também aumenta, tornando isso consistente com a tendência natural para um aumento da entropia.

Exemplo de aumento de entropia

Suponha que você tenha um baralho de cartas perfeitamente arrumadas. À medida que você as embaralha, a ordem diminui e a entropia do baralho aumenta. Da mesma forma, considere misturar água quente e fria. A temperatura final da água atinge o equilíbrio, e a entropia aumenta à medida que a desordem das moléculas de água é maximizada.

Cartas embaralhadas

Implicações da Segunda Lei e da Entropia

A segunda lei tem implicações de grande alcance para a vida cotidiana e processos industriais. Ela explica por que motores não podem ser 100% eficientes devido à inevitável produção de entropia. O próprio universo corre em direção à entropia máxima, e isso explica a direção do tempo à medida que avança.

Motores a calor e eficiência

Motores a calor funcionam absorvendo calor de uma fonte de alta temperatura, convertendo uma parte em trabalho e liberando o calor residual em uma pia mais fria. De acordo com a segunda lei, nenhum motor térmico pode ser perfeitamente eficiente porque alguma energia é sempre perdida como calor residual.

Eficiência = 1 - Qc/Qh

onde Qc é o calor expelido para a pia fria e Qh é o calor absorvido da fonte quente.

Entropia e a seta do tempo

O conceito de entropia dá ao tempo termodinâmico uma seta. À medida que a entropia aumenta, dá ao tempo uma direção, separando o passado do futuro. Assim, em um mundo com entropia sempre crescente, a direção consiste em fenômenos naturais se movendo em direção a um estado de maior entropia.

Aplicações práticas na química

Em reações químicas, a segunda lei determina a espontaneidade das reações. Se uma reação leva a um aumento na entropia do universo, então ocorre espontaneamente. Isso é necessário para prever os resultados de uma reação e para determinar as condições sob as quais as reações ocorrem.

Observações do mundo real

Observações do aumento da entropia podem ser vistas no gelo derretendo em água, açúcar se dissolvendo no chá e até mesmo em sistemas sociais tendendo ao caos sem manutenção regular ou entrada de energia estruturada.

Exemplo da vida cotidiana

Pense em um quarto que está limpo e organizado. Com o tempo, a menos que esforços constantes sejam feitos para manter a ordem, itens serão deslocados, e o quarto ficará bagunçado ou sujo. Este aumento da entropia em contextos sociais é paralelo às leis físicas descritas.

Conclusão

A segunda lei da termodinâmica e o conceito de entropia fornecem insights profundos sobre a natureza do nosso mundo físico. Eles explicam a direção das transformações de energia e a tendência inevitável para a desordem. Entender essas ideias não apenas nos ajuda a compreender processos físicos, mas também lança luz sobre sistemas mais amplos observados na natureza e na sociedade.


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